JP2014128735A - コリメータ装置、コリメータ装置の制御方法および制御装置ならびにｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象もしくは患者に作用するＸ線被曝全体を最小にする。
【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置におけるファンビームのコリメーションのために２つの終端位置間で移動可能な少なくとも１つの遮蔽装置を備え、遮蔽装置の第１の終端位置においてファンビームを実質的に遮蔽せず、遮蔽装置の第２の終端位置においてファンビームを半分よりも多く遮蔽するコリメータ装置において、遮蔽装置が、左右に配置された２つの絞り部材（１２）を含み、Ｘ線束により検出すべき対象の走査過程の開始位置では、左側の絞り部材（１２）はファンビームを完全に遮蔽するその第２の位置にあり、左側の絞り部材（１２）だけが移動し、右側の絞り部材（１２）は移動せず、左側の絞り部材だけ（１２）はファンビームを全く遮蔽しないその第１の位置に移動可能である。
【選択図】図７

Description

本発明は、放射器絞りつまり請求項１の前文に記載の特徴を有するＸ線放射器のコリメータ装置に関する。更に、本発明は、この放射器絞りもしくはコリメータ装置の制御のための方法および本発明による放射器絞りつまりコリメータ装置を有するＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置に関する。

コリメーションは、光ビームもしくはＸ線ビームを平行にすることと理解される。光ビームのコリメーションにはレンズが使用され、レンズは焦点に置かれた点状光源の光をレンズの光軸に対して平行に向ける。この平行光束は無限に遠く離れた光源の代わりに使用される。いわゆるＣＴ装置（コンピュータ断層撮影装置）におけるＸ線のコリメーションには一般に絞り装置、いわゆる放射器絞りが使用される。この場合に種々の変形およびやり方が知られている。

コリメーションによって、Ｘ線ファンビームがｚ方向において絞り込まれるので、検出システム（ＤＭＳ、データ測定システム）によって評価可能であるビームのみが患者に照射される。それにより、検査時に患者が絶対に必要な放射線量よりも高い放射線量に曝されることが防止されるべきである。この理由は、使用Ｘ線が生体に変化をひき起こし得ることにある。したがって、原則的に、最小限の放射線量のみが使用されなければならないことが保証されなければならない。

コリメーションの際には、検査開始前、すなわち「スキャン」開始前にコリメーション値が調整される。走査過程もしくは「スキャン」中、コリメーション値は一定に保たれる。このようにして生じる絞りにおけるスリットは、もちろん検査中において一般に、例えば熱作用（暖機作用）に起因する焦点位置変化を補償するために、ｚ方向に移動させられる。

ｚ方向コリメーションもしくは絞り込みの原理を以下に説明する。ｚ方向のファンビームをコリメーションするために、従来では２つの普通の方法が使用される。第１の方法では、機械的または電気的に互いに連結されている２つの個別に移動可能な絞り部材が使用される。ただ、この変形の場合には電気機械的な費用が比較的高い。これに対して有利性は、所望のもしくは必要なコリメーション値の設定時における高い柔軟性にある。熱作用の補償のためのｚ方向調節は問題なく可能である。第２の方法は異なる幅の多数のスリットを有する可動板を使用する。もちろんこの場合にはコリメーション値がスリット幅によって固定的に予め与えられている。最初に述べた方法に比べて電気機械的な費用が非常に僅かである。熱作用の補償のためのｚ方向調節が同様に可能である。

更に、放射器絞りによる静的コリメーションと動的コリメーションとが区別可能である。静的コリメーションの場合には、設定が検査開始時に行なわれ、検査中には変更もしくは調整は行なわれない。患者はスキャンの開始時もしくは終了時に不必要な線量照射に曝される。なぜならば、全ての測定データが有効に画像に再構成されるわけではないからである。これに対して動的コリメーションの場合には、放射器絞り機構が動的に調節される。スパイラルスキャンの開始時もしくは終了時における走査および検出過程のために利用されない線量を低減するために、放射器絞り機構がスキャン過程において動的に調整可能である。

２つの絞り部材を有する放射器絞りにおいて、個々の絞り部材はこれまでそれぞれ半分のファンビームだけを遮蔽することができる。各絞り部材がそれぞれ半分のファンビームだけを遮蔽する動的コリメーションの原理において、絞り部材（コリメータ開口部材）がスパイラルスキャンの最初もしくは最後の回転において開かれもしくは閉じられることは公知である（特許文献１参照）。それによって片側の動的コリメーションだけが達成され、それにより原理的に利用されない線量の一部が節減される。この中に記載されているコリメーションシステムは絞り部材として離心ローラが使用される。ローラを使用する場合には遮蔽範囲および構造空間高さのための占有空間が増大する。

米国特許出願公開第２００６／００３９５３６号明細書

ＣＴ装置のｚ方向遮蔽の拡張によってスパイラルスキャン（ヘリカルスキャン）の開始時および終了時における利用されない線量成分が著しく増大する。これはこれらの時点で患者に対して不必要なＸ線被曝をもたらす。

本発明の課題は、検査対象もしくは患者に作用するＸ線被曝全体を最小にすることを可能にする装置および方法、つまりコリメータ装置、コリメータ装置の制御方法および制御装置ならびにこの種のコリメータ装置を有するＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。

コリメータ装置に関する課題は、本発明によれば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置におけるファンビームのコリメーションのために２つの終端位置間で移動可能な少なくとも１つの遮蔽装置を備え、遮蔽装置の第１の終端位置においてファンビームを実質的に遮蔽しない、すなわち全く遮蔽しないかもしくは大部分遮蔽せず、遮蔽装置の第２の終端位置においてファンビームを半分よりも多く遮蔽するコリメータ装置において、
遮蔽装置が、左右に配置された２つの絞り部材を含み、
Ｘ線束（ファンビーム）により検出すべき対象の走査過程の開始位置において、左側絞り部材は、ファンビームを完全に遮蔽するその第２の位置にあり、
左側絞り部材だけが移動し、右側絞り部材は移動せず、
左側絞り部材は、ファンビームを全く遮蔽しないその第１の位置に移動することによって解決される（請求項１）。

コリメータ装置に関する本発明の実施態様は次の通りである。
・ 遮蔽装置が２つの絞り部材を含み、各絞り部材がそれぞれの第２の終端位置においてファンビームを半分よりも多く遮蔽する。
・ 遮蔽装置が２つの絞り部材を含み、各絞り部材がそれぞれの第２の終端位置においてファンビームを完全に遮蔽する。
・ 遮蔽装置が前置絞りおよび移動可能なスリット板を含み、スリット板は第２の終端位置においてファンビームをほぼ完全に遮蔽する。
・ 遮蔽装置はＸ線束により検出すべき対象の走査過程の開始位置および／または終了位置においてほぼ完全に閉じられている（請求項２）。
・ 遮蔽装置が直線駆動装置を有する（請求項３）。
・直線駆動装置がスピンドルを有する回転モータ、リニアモータまたはピエゾモータである（請求項４）。

コリメータ装置の制御方法に関する課題は、本発明によれば、遮蔽装置の開きが走査過程において変化させられることによって解決される（請求項５）。

コリメータ装置の制御方法に関する本発明の実施態様は次の通りである。
・ 遮蔽装置（８）の開度の変化が連続的に行なわれる（請求項６）。
・ 遮蔽装置は、走査過程の開始時に、狭いファンビームしか対象に入射しないようにほぼ完全に閉じられている（請求項７）。

コリメータ装置の制御装置に関する課題は、本発明によれば、制御装置が走査位置と遮蔽装置の開度との連動を有することによって解決される（請求項８）。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する課題は、本発明によれば、Ｘ線源と、上述したコリメータ装置と、遮蔽装置の開き幅を調節するための制御装置と、Ｘ線源およびコリメータ装置に対向して配置されその間に存在する検査対象に基づいて変化されるＸ線を検出するＸ線検出器と、検査対象の再構成のための画像再構成装置とを有することによって解決される（請求項９）。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する本発明の実施態様は次の通りである。
・ Ｘ線検出器が多列Ｘ線検出器または平面Ｘ線検出器である（請求項１０）。
・ 画像再構成装置が３Ｄ画像再構成装置である（請求項１１）。

本発明による装置によりならびに本発明による方法により、画像に有効な、従って最小に必要な放射線量だけが適用される。画像に有効でない放射成分は十分に遮断され、従って患者には照射されない。これはいわゆる完全なコリメーションによって達成される。完全な動的コリメーションのための本発明によるコリメータ装置は、少なくとも１つの、しかし好ましくは２つの遮蔽装置を有する。遮蔽装置は、開状態ではＸ線ビームを全く遮蔽しないかもしくは大部分遮蔽しない、すなわち実質的に遮蔽しない。閉状態では遮蔽装置はＸ線ビームを半分よりも多く遮蔽する。有利な実施態様によれば、１つの遮蔽装置もしくは複数の遮蔽装置のうちのそれぞれ１つがほぼＸ線ビーム全体を遮蔽する。

他の有利な実施態様によれば、コリメータ装置が２つの個別の絞り部材を有する放射器絞りからなる。絞り部材は、これらの絞り部材のそれぞれがファンビーム全体を遮蔽し得るように構成されている。したがって、スパイラルスキャンの開始時もしくは終了時における利用されない線量が回避される。

ファンビーム全体を１つの絞り部材により遮蔽することができるようにするためには、絞り部材の遮蔽範囲も絞り部材の移動範囲も、従来技術から公知の装置に比べて２倍にされなければならない。この場合に効率は主要な公差および絞り部材の有効な動特性によってのみ決定される。２つの個別の絞り部材を有する放射器絞りによる完全な動的コリメーションの利点は、一方では利用されない線量の節減の原理的な制限が発生しないことにある。更に、放射器とトンネルとの間の方向において構造空間の変更が必要でない。

他の有利な実施形態によれば、動的コリメーションが前置絞りと移動可能なスリット板とからなる放射器絞りによって行なわれる。このスリット板はビームを完全に遮蔽することができる。移動可能なスリット板を有する放射器絞りの場合、動的コリメーションは最大スリットが使用されるステップにおいてのみ行なわれる。原理は、動的コリメーション中に位置固定の前置スリットコリメーションの縁を使用することにある。この絞りはもちろん若干大きく設計されなければならない。なぜならば、この場合には焦点の位置変化の補償を可能にしなければならないからである。したがって、線量節減の効率は制御範囲の設計に依存する。移動可能なスリット板を有する実施態様は、完全な遮蔽を有する２つの個別の絞り部材を持つ実施態様に比べると、最大限の効率を達成しない。移動可能なスリット板を有する放射器絞りによる動的コリメーションの場合、利用されない線量の節減は原理的に僅かしか制限されない。この実施態様は、同様に放射器とトンネルとの間の方向における構造空間の変更を必要としない。

完全な動的コリメーションの場合、走査過程の開始位置および／または終了位置においてコリメータはほぼ完全に閉じられている。コリメータは、スキャン過程中に、必要な患者領域が照射されるように相応に開かれる。

コリメーションシステムにおいて、絞り部材は直線移動可能に構成されているとよい。この場合に直線駆動装置が使用される。直線駆動装置は、例えばスピンドルを有する回転モータ、リニアモータ、ピエゾモータ、あるいは専門家にとって既知の他の駆動装置である。これらの駆動装置の場合に移動行程の増大はシステムの適切なスケーリングによって（したがって新たな設計によってではなく）達成される。したがって、可能な開範囲は、放射器とトンネルとの間の使用可能な構造空間によって制限されない。それゆえ、更に熱作用に対するｚ方向調節のための移動範囲を利用することができる。

更に本発明はこの種のコリメータ装置の制御方法に関する。コリメータの開きは走査過程中に変化させられ、この変化は特に連続的に行なうことができる。スキャン過程の開始時にコリメータ装置は、狭いファンビームのみが対象を走査するように、ほぼ完全に閉じられている。コリメータの開閉は直線駆動装置により行なわれ、スピンドルを有する回転モータ、リニアモータ、ピエゾモータ、あるいは専門家にとって既知の他の駆動装置が使用される。選択的に本発明による方法においても、ローラまたはカム軸などと協動をする駆動装置が使用される。

更に、コリメータには、コリメータの開きを適切に調整する制御装置が結合されている。

本発明によるコリメータ装置は、特にＸ線ＣＴ装置において使用される。対象、特に患者の検査のためのＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線放射器と、コリメータおよび付属の制御装置と、Ｘ線検出器と、画像再構成装置とから構成されている。

対象は、検査時に、Ｘ線放射器源およびコリメータが一方側にあり、Ｘ線検出器が他方側にあるように配置される。放射器および対向するＸ線検出器は被検体の周りを回転する。Ｘ線検出器として、例えば多列Ｘ線検出器が使用される。Ｘ線検出器は、検査対象を透過しその際に異なった吸収度によって変化させられた放射を検出する。使用されるＸ線に関するデータおよびＸ線検出器によって求められたデータに基づいて、画像再構成装置が検査対象を再構成し、それにより得られた情報を画像として表示する。有利な実施形態では３Ｄ画像再構成装置が使用される。コリメータの開きは制御装置によって制御される。

完全な動的コリメーションのための装置の基本原理を示す図 半分のＸ線ビーム範囲を遮蔽する２つの絞り部材による片側コリメーションを示す図 Ｘ線ビーム範囲全体を遮蔽する２つの絞り部材による完全なコリメーションのための装置の原理を示す図 スリット板による完全なコリメーションを示す図 静的コリメーションにおけるＸ線被曝（従来技術）を示す図 片側の動的コリメーションにおけるＸ線被曝（従来技術）を示す図 本発明による完全な動的コリメーションにおけるＸ線被曝を示す図 絞り部材ごとの遮蔽度ならびにスキャン長さに依存した線量低減を示す図

本発明の他の特徴、課題および利点を、本発明の有利な実施形態の以下における詳細な説明から明らかにする。実施形態は限定的でない例として用いられかつ添付図面に関連する。同じ構成部分には原則的に同じ参照符号を付し、部分的に繰り返し説明していない。

本発明による動的コリメーションを有する装置の実現可能な構成が図３および図４に示されている。

図１は一般的に知られている従来技術を示す。Ｘ線管３０によりファンビーム３３が発生される。装置内に付加的な散乱放射が生じる。コリメータの絞り部材１０により、ビーム３３がｚ方向において、したがってスキャン方向において制限され、それによってファン角３４が生じる。検査対象もしくは患者５０がコンピュータ断層撮影装置の回転軸線３２に存在する。更に、図５乃至図７の理解を容易にするために、再構成領域５２が示されている。これは患者の領域であり、この領域が検査され、データを検出され、そして評価される。

図５（従来技術）は、上述の変形（図１参照）による静的なコリメーションの場合に検査対象もしくは患者５０のどの領域が放射に曝されているかを示す。格子縞で強調された面５４は評価されない放射被曝領域を示す。したがって、この領域は、いわゆる画像に有効な線量でない。これに対して単純に斜線を施された面５２は検査されるべき領域を強調する。したがって、この領域５２は強制的にＸ線に曝されなければならない。

静的なコリメーションの場合には検査開始時にファンビーム５５の右縁のみが評価される。したがって残りのビームは、検査されない再構成されない領域５４において患者５０に照射をもたらす。

各絞り部材１０がそれぞれファンビームの半分のみを遮蔽する特許文献１に記載された片側の動的なコリメーションの原理が、図２および図６（それぞれ従来技術）に示されている。１つの絞り部材１０がスパイラルスキャンの最初もしくは最後の回転において開状態または閉状態にされる。それによって利用されない線量の一部が節減される。したがって、患者５０が曝される線量のうち利用されない線量が少なくなる。

図３、図４および図７に本発明による完全なコリメーションのための実施例が示されている。

図３は、ビームの絞り込みが２つの個別の絞り部材１２により行なわれる有利な実施形態を示す。コリメーション装置はここでの関係では一般的に遮蔽装置８として示されている。絞り部材１２は、これらの両絞り部材１２のそれぞれがファンビーム全体を遮蔽するように構成されている。図７に示されているようにスパイラルスキャンの開始時もしくは終了時における利用されない線量が完全に回避される。なぜならば、放射を通過させない位置へ両コリメータを移動させることができるからである。コリメータは、検査すべき最初の領域５２を検出するために僅かに開かれる。この装置の遮断効率は絞り部材１２の主要な公差および使用可能な動特性によってのみ決定される。

絞り部材１２によるファンビーム全体の遮蔽を行い得るようにするために、絞り部材１２の遮蔽範囲および絞り部材１２の移動範囲が２倍にされる。

図４は、完全な動的コリメーションが移動可能なスリット板１６と関連した前置絞り１４の形での遮蔽装置８によって行なわれる有利な実施形態を示す。動的コリメーションは最も大きいスリットを使用する。動的コリメーションのために、位置固定の前置スリットコリメーションの縁がともに利用される。この絞りは、焦点の位置変化を補償することができるように大きく設計されている。したがって、線量節減の効率は制御範囲の設計に依存する。この実施形態における線量節減は、完全な遮蔽を有する２つの個別の絞り部材１２の場合と同様の最大値に到達しない（図３参照）。

図８は、患者に対する種々のコリメーション方法の不必要な放射線量の低減を比較する。静的コリメーション（図５も参照）の場合、患者は画像に使用されない著しい放射線量に曝される。絞り部材１０の静的な設定に基づいて付加的な放射線量が最大であり、検査中に最小化されない（破線Ｃ、連続的に０％の線量低減）。

図２および図６に示されているＸ線ビームの半分を遮蔽し得る絞り部材１０による片側の動的コリメーション（破線Ｂ）は、画像化に寄与しない放射線量が２つの総合コリメーションのスキャン長さ（ｎ＝２）において静的コリメーションに比べて約２５％低減される。より長いスキャン（ｎ＞２）においては、患者に対する付加的な、いわゆる利用されない放射線量も減少する。静的コリメーションに比べた節減はスキャン長さｎ＝４において約１２％、ｎ＝６において約５％、ｎ＝１０において約３％である。

この図は、画像化に寄与しない放射の線量が本発明による完全な動的コリメーション（実線Ａ）により一層低減され得ることを明白に示す。静的コリメーションに比べた節減は、ｎ＝２において約５０％、ｎ＝４において約１７％、ｎ＝６において約１０％、ｎ＝１０において約５％である。利点は、とりわけ比較的短い、いわゆるスパイラルスキャン（ｎ≦５）において得られる。

本発明は上述の実施例に限定されない。むしろ、本発明を使用する、したがって同様に保護範囲に含まれる多数の変形および変更が考えられ得る。

８ 遮蔽装置
１０ 絞り部材
１２ 絞り部材
１４ 前置絞り
１６ 移動可能なスリット板
３０ Ｘ線管
３２ コンピュータ断層撮影装置の回転軸
３３ ファンビーム
３４ ファン角
５０ 検査対象もしくは患者
５２ 検査されるべき領域（再構成領域）
５４ 評価されない放射被曝領域
５５ 評価されるファンビーム

Claims (11)

1. Ｘ線コンピュータ断層撮影装置におけるファンビームのコリメーションのために２つの終端位置間で移動可能な少なくとも１つの遮蔽装置（８）を備え、遮蔽装置（８）の第１の終端位置においてファンビーム（３３）を実質的に遮蔽せず、遮蔽装置（８）の第２の終端位置においてファンビーム（３３）を半分よりも多く遮蔽するコリメータ装置において、
   遮蔽装置（８）が、左右に配置された２つの絞り部材（１２）を含み、
   ファンビーム（３３）により検出すべき対象の走査過程の開始位置において、左側絞り部材（１２）はファンビーム（３３）を完全に遮蔽するその第２の位置にあり、
   左側の絞り部材（１２）だけが移動し、右側絞り部材（１２）は移動せず、
   左側絞り部材（１２）はファンビーム（３３）を全く遮蔽しないその第１の位置に移動する
   コリメータ装置。
2. 遮蔽装置（８）はＸ線束により検出すべき対象（５０）の走査過程の開始位置および終了位置においてほぼ完全に閉じられている請求項１記載のコリメータ装置。
3. 遮蔽装置（８）が直線駆動装置を有する請求項１又は２記載のコリメータ装置。
4. 直線駆動装置がスピンドルを有する回転モータ、リニアモータまたはピエゾモータである請求項３記載のコリメータ装置。
5. 遮蔽装置（８）の開きが走査過程において変化させられる請求項１乃至４の１つに記載のコリメータ装置の制御方法。
6. 遮蔽装置（８）の開度の変化が連続的に行なわれる請求項５記載の方法。
7. 遮蔽装置（８）は、走査過程の開始時に、狭いファンビームしか対象に入射しないようにほぼ完全に閉じられている請求項５又は６記載の方法。
8. 制御装置が走査位置と遮蔽装置（８）の開度との連動を有する請求項１乃至４の１つに記載のコリメータ装置の制御装置。
9. Ｘ線源と、請求項１乃至４の１つに記載のコリメータ装置と、遮蔽装置（８）の開き幅を調節するための制御装置と、Ｘ線源およびコリメータ装置に対向して配置されその間に存在する検査対象（５）に基づいて変化されるＸ線を検出するＸ線検出器と、検査対象（５０）の再構成のための画像再構成装置とを有するＸ線による対象の検査のためのＸ線コンピュータ断層撮影装置。
10. Ｘ線検出器が多列Ｘ線検出器または平面Ｘ線検出器である請求項９記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
11. 画像再構成装置が３Ｄ画像再構成装置である請求項９又は１０記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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